Автоматичні вимикачі (стр. 1 из 2)

Автоматичні вимикачі

Автоматичний вимикач (автомат) - апарат, призначений для нечастих замикань і розмикань електричного кола й тривалого проходження по ньому струму, а також для автоматичного розмикання ланцюгів з появою в них короткого замикання, перевантажень по струму, спаданнянапруги нижче припустимого, зміні напрямку струму або потужності.

Застосування вимикачів замість плавких запобіжників дає наступні переваги:

- при перевантаженні або короткому замиканні вимикач відключає всі фази ланцюгів, що захищається їм, завдяки чому виключається можливість однофазної роботи трифазних двигунів;

- зменшуються простої, тому що ввімкнути той вимикач, що спрацював швидше, чим замінити згорілий запобіжник;

- вимикачі мають захисні характеристики спрацьовування, що забезпечують більш досконалий захист, чим плавкі запобіжники.

Разом з тим автоматичні вимикачі мають більш високу вартість, чим запобіжники. Залежно від призначення й необхідних параметрів автоматичні вимикачі розрізняють по потужності (струму), числу полюсів (одно-, двох- і триполюсні), виконанню захисних розчеплювачів, швидкодії і конструктивному виконанню.

До автоматів висувають наступні вимоги:

- струмоведучий ланцюг автомата повинен пропускати номінальний струм протягом якого завгодно тривалого часу, а також витримувати вплив більших струмів КЗ;

- автомат повинен забезпечувати без ушкоджень багаторазове відключення граничних струмів КЗ;

- для забезпечення електродинамічної й термічної стійкості енергоустановок, зменшення руйнувань, що викликаються струмами КЗ, автомати повинні мати малий час відключення;

- елементи захисту повинні забезпечувати необхідний час спрацьовування й селективність.

У будь-якому автоматі є наступні основні вузли: струмоведучий ланцюг, дугогасильна система, привід автомата, механізм вільного розчіплювання й елементи захисту - розчеплювачі.

Струмоведучий ланцюг. Найбільш важливою частиною струмоведучого ланцюга є контакти. При номінальних струмах до 200 А застосовується одна пара контактів, які для збільшення дугостійкості можуть бути облицьовані металокерамікою. При струмах більш , ніж 200 А часто застосовуються пари головних і дугогасильних контактів. Основні контакти облицьовуються сріблом або металокерамікою (срібло, нікель, графіт). Дугогасильні покриваються металокерамікою (срібло, вольфрам і срібло, нікель).

Дугогасильна система. В автоматах застосовуються напівзакрите й відкрите виконання дугогасильних пристроїв. В універсальних автоматах масового застосування широко використовується деіонна дугогасильна решітка зі сталевих пластин (рис. 1). У решітці на рис. 1.а) дуга виводиться на пластини й ділиться між ними за допомогою магнітного поля напруженістю Н, створюваного спеціальною системою, на короткі дуги. На рис.1.6) дуга втягується в решітку за рахунок електродинамічних зусиль, що виникають у контурі 1, 3, 2, і за рахунок зусиль, що діють на дугу, завдяки наявності феромагнітних пластин 5.

Рис. 1. Види дугогасильних решіток

Феромагнітні пластини застосовуються на постійному й змінному струмі частотою 50 Гц. У цьому випадку сила, що діє на дугу, переміщає її в решітку й перешкоджає виходу дуги з неї. Це є найбільшою перевагою феромагнітних пластин. При цьому дуга горить із мінімальним викидом іонізованих і нагрітих газів з дугогасильного пристрою. Недоліком дугогасильної решітки є згорання пластин у повторно-короткочасному режимі при струмі 600 А і більше. Для зменшення цього процесу пластини покривають міддю або цинком.

Приводи. Привод повинен забезпечити зусилля на контактах, необхідне для включення автомата у найважчому випадку - на існуюче КЗ. Приводи можуть бути ручні й електромеханічні. Ручні приводи застосовуються при номінальних струмах до 200 А. При струмах до 1 кА застосовуються електромагнітні приводи, що забезпечують необхідну швидкість зростання тиску в контактах. Недоліком електромагнітного привода є великі швидкості руху й удари в механізмі, які можуть призвести до вібрації контактів. В автоматах на струми 1500 А і вище бажане застосування електро-рухового привода.

Розчеплювачі. Розчеплювач - вузол автомата, що контролює заданий параметр і подає сигнал на відключення при відхиленні цього параметра від встановленого значення. Розрізняють такі конструкції розчеплювачів: теплове реле (біметалічна пластина), електромагнітний і напівпровідниковий.

Тепловий розчеплювач забезпечує захист електричних об'єктів у режимі теплового перевантаження. Біметалічна пластина нагрівається за рахунок проходження по ній струму, звивається й розриває ланцюг живлення електроустаткування. Однак ці розчеплювачі мають наступні недоліки:

- із зростанням струму відключення, збільшується зусилля, необхідне для розчеплення автомата;

- тепловий розчеплювач застосовується при струмах до 200 А;

- витримка часу теплових розчеплювачів залежить від температури навколишнього середовища;

- мала термічна стійкість теплових розчеплювачів визначає малу допустиму тривалість КЗ, що затруднює отримання необхідної селективності.

Електромагнітний розчеплювач забезпечує максимальний ( по струму КЗ) і мінімальний (по напрузі) захист. На рис.2 показана схема роботи максимального розчеплювача. При проходженні по ланцюгу котушки 2 електромагнітного розчеплювача номінального струму, пружина 3 утримує якір електромагніту 4 розімкнутим, а засувка 1 - головні контакти ГК - замкненими. При підвищенні струму в ланцюзі котушки 2 сила тяги електромагніту зростає до величини, що перевершує силу утримуючої пружини 3. Якір 4 замикає магнітний ланцюг електромагніту, звільняючи засувку 1 і розмикаючи ГК.

На рис. 3 показана схема роботи мінімального розчеплювача. При номінальній напрузі в ланцюзі котушки 1 електромагніту протікає струм, якого достатньо для створення сили тяги, щоб утримати якір 5 у притягнутому стані. При зниженні напруги в живильній мережі знижується струм у ланцюзі котушки 1. Сила утримуючої котушки 3 у якийсь момент перевершує силу тяги електромагніту 1, відриває якір 5 від котушки, розмикає засувку 2 і розмикаються ГК. Регулювання можна здійснювати за рахунок натягу пружини або зміною числа витків обмотки.

Рис. 2. Схема роботи мінімального та максимальногорозчеплювача

Більш досконалим є захист за допомогою напівпровідникових розчеплювачів, які широко використовуються у сучасних автоматах.

Конструкції автоматів по виду захисту діляться на автомати з електромагнітними, напівпровідниковими розчеплювачами (максимального струму); автомати з комбінованим розчеплювачем (електромагнітним і тепловим); автомати з розчеплювачем мінімальної напруги (нульовий захист).

Розглянемо пристрій автомата з комбінованим розчеплювачем, рис. 4. Це можуть бути автомати типу АЕ-2000, А-3700, ВА й ін. Вручну включають і відключають автомат за допомогою рукоятки 4. Для включення автомата рукоятку переводять униз, при цьому деталь 3 повертається й своїм нижнім кінцем входить у зачеплення із зубом 6 утримуючого важеля 7. Потім рукоятку 4 переміщають нагору. При цьому під дією пружини 5 важелі 11 і 12 переміщуються нагору відносно нейтрального положення. Автомат включається і струм тече через замкнені контакти 13 і 14, гнучкий зв'язок 10, котушку електромагнітного розчеплювача й нагрівальний пристрій теплового розчеплювача 8. Автоматичне відключення при короткому замиканні відбувається внаслідок того, що якір електромагнітного розчеплювача під дією сили Fм притягується і зуб 6 виходить із зачеплення з деталлю 3. Пружина 5 повертає деталь 3, при цьому важелі 11 і 12 проходять через нейтральне положення – автомат відключається. Аналогічно відбувається відключення автомата при струмах перевантаження. При цьому вільний кінець біметалічного розчеплювача 8 переміщується вниз і зуб 6 виходить із зачеплення з деталлю 3. Ручне відключення автомата відбувається при переміщенні рукоятки 4 униз. При цьому кінець пружини 5 також переміщується вниз, а важелі 11 і 12 проходять через нейтральне положення, відключаючи контакти.

Рис. 4. Пристрій комбінованого автоматичного вимикача

Виникаюча при розмиканні контактів автомата електрична дуга гаситься в дугогасильній решітці 1. Підвищення тиску усередині замкненого об’єму, утвореного ізоляційною основою і кришкою 2, сприяє гасінню дуги. Електромагнітний розчеплювач максимального струму спрацьовує практично миттєво при досягненні струму відсікання (відсікання відбувається миттєво при десятикратному струмі й більше), а час спрацьовування теплового розчеплювача при перевантаженнях, менших струмах відсікання, визначається захисними характеристиками. Серія вимикачів складається із чотирьох величин (1, 2, 3, 4) на номінальні струми відповідно 160, 250, 400 і 630 А.

Розчеплювачі струмового захисту виконані на напівпровідникові (РН) і електромагнітних (РЕ) елементах. Вимикачі випускаються також і в неавтоматичному виконанні.

Великою перевагою цього вимикача є те, що як напівпровідникові, так і теплові розчеплювачі максимального струму явлюяться знімними блоками. По роду захисту вимикачі можуть бути призначені для селективного захисту (3 і 4 величини) і струмообмеження (усі величини). Параметри по струму і по часу спрацьовування напівпровідникових максимальних розчеплювачів можуть регулюватися в широких межах. Комутуючий пристрій складається з рухливих і нерухливих контактів з одним контактним проміжком, виготовлених з металокерамічної композиції на основі срібла. Дугогасильні камери з деіонною решіткою розташовані над контактами кожного полюса вимикача і являють собою набір закріплених в ізоляційній оправі сталевих пластин, за допомогою яких відбувається поділ дуги на ряд послідовно з'єднаних коротких дуг.